高效环保的能源技术是解决能源危机和环境污染的重要课题之一。燃料电池是继火力发电、水力发电和核能发电之后的第四代发电技术,它是一种高效、清洁的发电方式,其分布式发电系统具有广泛的应用前景。燃料电池控制系统保证整个系统安全、可靠、高效地运行。逆变系统是整个系统电气回路最重要的组成部分,其效率和工作模式直接影响燃料电池整体的工作效率。设计逆变系统时,根据燃料电池发电特性和商业用途来确定逆变系统的结构和工作参数。逆变器可以选择独立和并网两种不同的工作模式,并调整燃料电池的发电策略,使整个系统的效率达到最大化。本课题以5KW质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统为背景,完成一套具有低成本、高可靠性的控制系统,并开发了与之相配套的5KW可独立/并网双模式工作的逆变系统,完成的主要工作如下:1、搭建一个5kW的质子交换膜燃料电池商业示范系统,针对其系统特性设计一种低成本,高可靠,小型化的控制系统。该系统采用ATmega64单片机作为核心控制芯片,完成主控电路,驱动电路,人机交互界面等硬件电路设计,并完成相关控制软件的编写与调试。2、为了保证质子交换膜燃料电池发电系统输出电压的稳定,并使其维持安全、可靠和高效的运行,本文提出了通过调节阳极氢气的压力来控制PEMFC电堆输出电压的方法,并设计了一种基于自适应模糊-PID控制算法,为PEMFC发电系统设计时电压的控制提供了设计思路和参考方案。3、针对燃料电池发电系统的特点,设计了一种两级逆变结构,前级采用隔离型全桥DC/DC升压电路,后级采用全桥逆变电路,并对这种电路的拓扑结构、工作原理和实现方法进行了详细的讨论。完成了相关硬件、软件设计。4、为了满足用户应用需求,要求该逆变系统具有独立/并网两种工作模式。对独立/并网双模式逆变系统控制策略进行了分析;分析了逆变系统独立/并网运行原理,研究了双模式逆变器控制策略,给出一种双模式之间切换的方法。5、在理论分析的基础上完成了一台5KW PEMFC控制器、一台5KW独立/并网双模式逆变器样机的搭建,经过上海交通大学燃料电池所近半年的现场运行,控制器稳定可靠,逆变器效率可达90%,验证了设计的正确性和实用性。此控制器和逆变器已经成功应用于5KW质子交换膜燃料电池系统中,各项指标符合设计要求,运行状态稳定,电气性能优良。为燃料电池的应用和推广提出一套可靠的解决方案,并为日后的研究工作奠定坚实的基础。